Questa sperimentazione ha riguardato la validazione sia dei modelli predittivi che le strategie di controllo sulla base di dati di traffico forniti dal comune. In particolare, la sperimentazione si è focalizzata su una strada di particolare interesse, la tangenziale di Decima, su un periodo di 123 giorni continuativi.
Tali dati hanno subito una prima fase di elaborazione per ricostruire, a partire dai transiti, i flussi orari. Da questa prima analisi è stato ricavato anche la classe della strada in esame che è risultata essere:
Strada urbana interquartiere, portata max = 800 veicoli/ora , classe = E. Su tale classificazione è stato effettuato lo studio sulle strategie di controllo riportate di seguito.
La prima analisi ha riguardato lo sviluppo di un modello predittivo a breve termine (1 ora).
I metodi applicati sono quelli sviluppati nell’attività del PAR 2010 (al quale si rimanda per la descrizione dettagliata delle metodologie), ovvero
• Ora attuale : il flusso dell’ora successiva viene stimato usando il dato dell’ora attuale
• Settimana precedente : il flusso dell’ora successiva viene stimato usando il dato della settimana precedente corrispondente a quell’ora
• Profilo statistico : viene costruito il profilo medio orario di tutti i giorni • Neural enesembling : metodologia innovativa di intelligenza artificiale
Nella seguente tabella vengono confrontati gli errori di predizione delle diverse metodologie, nella figura 9.1 viene riportato un grafico che compara gli andamenti del profilo statistico e del neural ensembling. Tali risultati confermano quelli riportati nel PAR 2010 in cui la metodologia innovativa di neural ensambling risulta la più precisa.
Ora attuale. Sett. prec. Profilo stat. Neural ens.
Errore 8.77% 7% 5.53% 4.39%
0 100 200 300 400 500 600 700 1 7 1 3 1 9 2 5 3 1 3 7 4 3 4 9 5 5 6 1 6 7 7 3 7 9 8 5 9 1 9 7 1 0 3 1 0 9 1 1 5 1 2 1 1 2 7 1 3 3 1 3 9 1 4 5 1 5 1 1 5 7 1 6 3 1 6 9 1 7 5 1 8 1 1 8 7 1 9 3 1 9 9 2 0 5 2 1 1 2 1 7 2 2 3 2 2 9 2 3 5 2 4 1 2 4 7 2 5 3 2 5 9 2 6 5 2 7 1 2 7 7 2 8 3 fl u ss o o ra ri o tempo (ore)
reale stat nens
Figura 9.1 : comparazione algoritmi predittivi
Infine sono state studiati gli effetti delle diverse strategie per il controllo dell’illuminazione sviluppate nell’ambito del PAR 2010 con lo scopo di tradurre il flusso di traffico predetto in potenza di alimentazione delle lampade tenendo conto dei vincoli tecnologici e delle normative stradali. In particolare sono state applicate tre strategie di controllo: costante, statica e adattiva.
La prima consiste semplicemente nel tenere sempre un valore di potenza fisso e costante. In questa sperimentazione è stato applicato il valore fisso del 100%, che è la strategia attualmente realmente impostata sulla strada in esame.
La seconda consiste nel definire due fasce orarie esattamente della stessa durata durante le quali si applicano due diversi valori di potenza. In questa sperimentazione sono stati ipotizzati tali valori al 100% e al 75%.
La strategia adattiva invece è più raffinata. Ovvero, basandosi sulle predizioni di attività veicolare è capace di adattare ora per ora il flusso luminoso alla reale domanda del momento ottenendo così un duplice vantaggio sia in termini di risparmio che di sicurezza. Punto critico di quest’approccio è di avere un modello di predizione sufficientemente accurato. Questo tipo di strategia è stata impostata facendola variare in un range di potenza 50%-100%.
L’indice di risparmio è stato calcolato rispetto al caso costante senza alcun tipo di controllo, ovvero nella condizione in cui si fornisce il 100% della potenza per tutto il periodo di illuminazione. Tali risultati sono frutto di calcoli teorici, mentre invece nel secondo caso sperimentale (C.R. ENEA Casaccia) si tratta di risultati sperimentali misurati sui consumi reali.
controllo statico controllo adattivo
-12% -34%
Tabella 9.2 : comparazione strategie di controllo (percentuale di risparmio)
Da tali risultati è possibile notare immediatamente che il controllo adattivo è in grado di fornire potenzialmente un risparmio energetico notevole, garantendo al tempo stesso la sicurezza ed il rispetto delle normative.
Anche il semplice controllo statico basato sul profilo medio statistico fornisce un risultato in termini di consumo simili al controllo costante, con il vantaggio però che varia tra due fasce e quindi segue meglio le esigenze di illuminazione nel caso medio. Inoltre, rispetto al controllo adattivo questo è molto più semplice e quindi di più facile realizzazione.
Nella seguente figura mostriamo un esempio del diverso comportamento tra le strategie di controllo. Dalla figura si evince come il controllo adattivo fornisca energia seguendo molto fedelmente il flusso di traffico. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 1 0 1
traffico costante statico adattivo
Figura 9.2 : comparazione strategie di controllo
Sulla base di tali risultati è stata intrapresa la progettazione di una applicazione presso il comune di Bracciano dove verrà realizzata una via di circa 1 Km attrezzata con sistemi di telegestione punto-punto, lampioni led e strumentazione per il controllo adattivo della illuminazione e la integrazione di servizi smart.
10. Metodi di progettazione di componentistica multifunzionale di
public lighting
Con la Università di Pisa è stato affrontato uno studio di progettazione di alcuni elementi di arredo urbano secondo una logica smart cities, il rapporto tecnico di riferimento è: “Studio di strutture multifunzionali da installare in ambiente urbano come arredi attivi in una logica di smart cities” - (RdS/2012/283).
Lo studio è partito dalla ingegnerizzazione della soluzione SVEM Light sviluppata nel par 2010 per le rotonde intelligenti ed è proseguita nella direzione della applicazione della stessa modalità progettuale verso altri elementi multifunzionali di arredo urbano, diversi dei quali connessi alla illuminazione pubblica. L'approccio che ha stimolato la ricerca delle progetti proposti è stato quello di individuare soluzioni puntando in particolare alla integrazione formale e tecnologica di elementi energeticamente attivi e di dispositivi wi-fi così come è stato fatto nel caso di SVEM Light. Il secondo e il terzo tema trattano di dispositivi per l'illuminazione che costituiscono delle reti che si estendono in gran parte della città. Questa caratteristica rende interessante l'idea di integrare
hot spot wi-fi per diffondere la copertura di queste reti in ambito urbano. Vengono quindi individuate delle soluzioni integrate con elementi energeticamente attivi. Nel caso dell'illuminazione di aree pedonali viene individuata una soluzione capace di integrarsi anche in contesti di pregio storico architettonico.
Una delle soluzioni presentate soluzione reinterpreta in una logica smart cities il concetto tradizionale di gazebo sia come struttura permanente che come allestimento temporaneo. Ne consegue l'ideazione di una struttura multifunzionale, che nel rispondere alle mutate esigenze della società contemporanea arricchisce lo spazio urbano con nuove funzioni. Una struttura che oltre ad essere allestita in parchi urbani o giardini pubblici, può divenire elemento di integrazione dell'arredo urbano di piazze, passeggiate, o di altri contesti cittadini.
Una soluzione è stata sviluppata per servizi di bike sharing con biciclette semplici o dotate di sistemi a pedalata assistita. Lo studio di questo oggetto di arredo urbano si è concentrato principalmente sulla progettazione di un elemento modulare, capace di rendere più flessibile la gestione di questi servizi.
Infine è stata studiata una pensilina multifunzionale per il parcheggio di autoveicoli in aree di sosta a pagamento. In questo studio è stata ricercata una soluzione formale in grado di integrare sistemi per la raccolta dell'acqua piovana e pannelli solari di formato commerciale in una superficie di geometria complessa.
Conclusioni
Questo rapporto si riferisce alla realizzazione di una sperimentazione pilota di uno Smart Village e studi sulle metodologie di progettazione per applicazioni in contesti urbani.
Attraverso la realizzazione dello Smart Village è stato possibile qualificare sperimentalmente l’integrazione di diverse funzionalità del centro, in cui il sistema di illuminazione (outdoor) diventa l’infrastruttura abilitante per applicazioni intelligenti, quali “smart lighting” (controllo adattivo della illuminazione esterna), “smart building networks” (gestione centralizzata degli edifici) e “smart mobility” (gestione centralizzata della mobilità), con il fine di sviluppare un modello integrato per un insediamento caratterizzato da un profilo di utenza omogeneo e gestione centralizzata. L’area prescelta per la dimostrazione è quella del CR ENEA Casaccia dove già in precedenza sono state effettuate alcune installazioni, per cui si è preferito continuare il percorso realizzativo avviato nelle annualità precedenti dell’Accordo di Programma ed organizzarlo su una cornice più strutturata.
Questi i principali risultati ottenuti:
• E’ stato sviluppato un progetto coordinato per lo sviluppo di uno “smart village” presso il CR Casaccia. Il progetto ha per ora affrontato parte delle realizzazioni secondo la logica di creare delle metodologie di riferimento e delle applicazioni esemplari di seguito descritte. E’ stato avviato un processo di coinvolgimento di realtà industriali per il trasferimento tecnologico, l’ingegnerizzazione e la estensione delle soluzioni sviluppate anche in contesti urbani.
• E’ stata condotta una analisi sperimentale di una installazione del metodo di “smart lighting” sviluppato da ENEA ed applicato su torri faro al parcheggio del CR Casaccia. La particolarità della applicazione sta nell’utilizzo di sistemi di visoni al fine di ricostruire adattivamente la richiesta e regolare di conseguenza il flusso luminoso di ogni lampada. La sperimentazione ha evidenziato difficoltà tecniche connesse alla trasmissione dati ad alta banda su onde convogliate di flussi video quando le distanze superano i 100 m. In relazione a ciò si sono studiate due soluzioni alternative che prevedono l’analisi delle immagini direttamene sul sensore di visione. Una di queste è stata sperimentata su area urbana, per l’altra è stato creato un progetto ad hoc.
• E’ stata realizzata una dimostrazione di “smart street” che include la realizzazione di un viale a led con telegestione adattiva basta su sistemi di visione e procedure di controllo accessi e la trasformazione degli edifici che insistono sul viale (8 edifici) in una rete coordinata e centralizzata di smart buildings sincronizzata al sistema di telegestione della illuminazione ed al sistema di monitoraggio della mobilità nel centro.
• E’ stata realizzata una applicazione di un sistema di diagnostica real time avanzata ad un edificio del centro altamente sensorizzato. La diagnostica si basa su sistemi predittivi e logica fuzzy ed è in grado di identificare la presenza di anomalie presenti sui sensori di consumo energetico e di risalire dai sintomi rilevati alle cause che possono aver generato tali sintomi. Tale metodologia è destinata alla gestione automatica della diagnostica remota di reti di edifici;
• E’ stato sviluppato un sistema di ricostruzione dei flussi pedonali e veicolari all’interno dello smart village sulla base dell’incrocio dei dati dei badge di accesso al centro ed alla mensa. Questo ha permesso di ricostruire il profilo orario dell’utilizzo di ogni viale del centro. L’obiettivo è la ricostruzione dell’utenza del centro al fine della regolazione energetica dei flussi luminosi e servizi di mobilità del centro.
• E’ stata realizzata una piattaforma ICT per il controllo integrato dell’intero smart village cui pervengono tutti i dati di utenza e dati energetici a cui accedono i servizi fondamentali e gli utenti del “village” secondo le logiche dei sistemi “open data”. E’ stata inoltre realizzata una control room del centro stesso;
L’attività ha incluso anche studi sperimentali e studi di progettazione per applicazioni dell’approccio sviluppato nello smart village presso realtà urbane. Tali attività hanno incluso:
• La sperimentazione con successo della metodologia di smart lighting presso una realtà urbana (Comune di San Giovanni in Persiceto) dove sono stati ottenuti significativi miglioramenti rispetti in termini di risparmio energetico e sicurezza rispetto alla regolazione di flusso tradizionale o l’assenza di regolazione. Inoltre è stato redatto un progetto di smart lighting presso il comune di Bracciano. • Sono stati sviluppati dei progetti esemplari di una metodologia di progettazione di apparati urbani
multifunzionali basati sui sistemi di lighting pubblico ma integranti altre funzioni di controllo o monitoraggio della città.
Sviluppi futuri
Le tre principali direzioni di continuazione della attività consistono in:
• Sperimentazione delle funzionalità già implementate nello smart village su periodi più significativi ed in particolare, la sperimentazione sull’edificio f40, la sperimentazione sulla smart street realizzata e sul sistema delle torri faro (a valle dell’upgrade con le nuova soluzione messa a punto).
• attualmente le applicazioni si sono concentrate su soluzioni di base e soluzioni di diagnostica avanzata sviluppando progetti per gli aspetti di controllo. Il passo successivo è quindi la estensione delle funzionalità attualmente implementate nella direzione del controllo ottimale sia degli edifici come della illuminazione esterna e la loro qualificazione sperimentale.
• Ingegnerizzazione delle soluzioni sviluppate con coinvolgimento di aziende e sperimentazione in contesti urbani.
Riferimenti bibliografici
• Sviluppo di una sperimentazione dimostrativa di “smartvillage” e metodi di progettazione” - ENEA
(RdS/212/053);
• “Sviluppo di un approccio per la gestione ottimale di edifici: applicazione su un Smart Village C.R.
Casaccia”- Università Politecnica delle Marche (RdS/2012/054);
• “Sviluppo di una metodologia per la diagnostica remota di reti di edifici: applicazione su Smart
Viallge C.R. Casaccia” - Politecnico di Torino,Dipartimento Energia (RdS/2012/229);
• “Realizzazione di una piattaforma integrata per il data fusion di segnali provenienti da sistemi
sensoriali per applicazioni di smart city integrate nella rete della pubblica illuminazione”- Università
degli Studi Roma Tre, Dipartimento di Informatica e Automazione (RdS/2012/230).
• “Studio di strutture multifunzionali da installare in ambiente urbano come arredi attivi in una
logica di smart cities” - Università di Pisa, Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione